6 Класифікація способів зварки. Типи зварних з'єднань. Ручна дугова зварка. Електроди і флюси.

Современная промышленность располагает несколькими десятками видов и разновидностей способов сварки металлов, для изучения, оценки и определения рациональных областей применения которых целесообразно классифицировать их, разделив на две основные группы: 1) сварка давлением (пластическая); 2) сварка плавлением.

В первой группе весьма важную, доминирующую роль играет давление, прилагаемое к месту сварки, создающее пластическую деформацию и возбуждающее силы сцепления. Нагрев металла при этом играет хотя и важную, но всё же подчинённую роль; в ряде случаев сварка может быть осуществлена и без применения нагрева.

Во второй группе процесс сварки основан на расплавлении металла местным нагревом. Давление к месту сварки не прилагается, а если иногда и применяется, то играет второстепенную роль.

Сварным соединением называют участок конструкции, в котором отдельные ее элементы соединены с помощью сварки. В сварное соединение входят сварной шов, прилегающая к нему зона основного металла со структурными и другими изменениями в результате термического действия сварки (зона термического влияния) и примыкающие к ней участки основного металла.

Сварной шов представляет собой закристаллизовавшийся металл, который в процессе сварки находился в расплавленном состоянии.

Свойства сварного соединения определяются свойствами металла самого шва и зоны основного металла, прилегающего к шву, — зоны термического влияния. Необходимо учитывать и некоторую часть основного металла, прилегающую к зоне термического влияния и определяющую концентрацию напряжений в месте перехода от металла шва к основному металлу и пластических деформаций в зоне термического влияния, что отражается на характере и распределении усилий, действующих в сварном соединении.

По форме сопряжения свариваемых элементов можно выделить следующие основные типы сварных соединений: стыковые (рис. 1,а), тавровые (рис. 1, б,в), угловые (рис. 1, г), нахлесточные (рис. 1,д).

Ручная дуговая сварка – это сварка покрытым металлическим электродом. Является наиболее старой и универсальной технологией дуговой сварки.

Для образования и поддержания электрической дуги к электроду и свариваемому изделию (см. рисунок) от источника питания подводится сварочный ток (переменный или постоянный).

Рисунок. Ручная дуговая сварка

Если положительный полюс источника питания (анод) присоединен к изделию, говорят, что ручная дуговая сварка производится на прямой полярности. Если на изделии отрицательный полюс, то полярность обратная. Под действием дуги расплавляются металлический стержень электрода (электродный металл), его покрытие и металл изделия (основной металл). Электродный металл в виде отдельных капель, покрытых шлаком, переходит в сварочную ванну, где смешивается с основным металлом, а расплавленный шлак всплывает на поверхность.

Размеры сварочной ванны зависят от режимов и пространственного положения сварки, скорости перемещения дуги по поверхности изделия, конструкции сварного соединения, формы и размера разделки свариваемых кромок и т.д. Они обычно находятся в следующих пределах: глубина до 6 мм, ширина 8–15 мм, длина 10–30 мм.

Длина дуги – расстояние от активного пятна на поверхности сварочной ванны до другого активного пятна на расплавленной поверхности электрода. В результате плавления покрытия электрода вокруг дуги и над сварочной ванной образуется газовая атмосфера, оттесняющая воздух из зоны сварки для предотвращения его взаимодействия с расплавленным металлом. В газовой атмосфере также присутствуют пары легирующих элементов, основного и электродного металлов.

Шлак, покрывая капли расплавленного электродного металла и поверхность сварочной ванны, препятствует их взаимодействию с воздухом, а также способствует очищению расплавленного металла от примесей.

По мере удаления дуги металл сварочной ванны кристаллизуется с образованием шва, соединяющего свариваемые детали. На поверхности шва образуется слой затвердевшего шлака.

Сварочные электроды

Сварочный электрод - изделие из электропроводного материала, служащее для подведения электрического тока к месту сварки. Различают плавящиеся и неплавящиеся электроды.

К плавящимся электродам относятся сварочные проволоки, прутки, пластины и ленты сплошного сечения, порошковые проволоки и ленты, а также, покрытые и комбинированные электроды (плавящиеся мундштуки).

В зависимости от назначения плавящиеся электроды могут быть изготовлены из стали, алюминия, титана, меди или других металлов и сплавов.

Плавящиеся электроды одновременно служат для введения присадочного металла при сварке плавлением. Применяя плавящиеся электроды соответствующего химического состава, можно изменять в желаемом направлении состав металла шва, легировать его нужными элементами, снижать содержание вредных примесей.

При сварке плавящимся электродом образуется сварной шов, который получается за счет основного металла и металла электрода.

К неплавящимся электродам относятся электродные стержни и электроды для контактной электросварки - угольные, графитовые и вольфрамовые. При сварке неплавящимся электродом сварной шов получается только за счет расплавления основного металла и металла присадочного прутка.

Покрытый электрод представляет собой металлический стержень с нанесенной на его поверхность обмазкой. Для покрытия электрода используют смесь веществ, которые усиливают ионизацию атмосферы сварочной дуги, защищают от вредного воздействия среды и служат для металлургической обработки сварочной ванны. Защита металла от воздействия атмосферных газов осуществляется за счет шлака и газов, образующихся при плавлении покрытия (обмазки).

Сварочные флюсы - неметаллические материалы, которые при различных способах сварки осуществляют разные функции:

при электрической сварке плавлением, обеспечивают надежную защиту зоны сварки от атмосферных газов, создают условия устойчивого горения дуги, обеспечивают хорошее формирование шва

при дуговой сварке защищают дугу и сварочную ванну от воздействия окружающей среды, предупреждают разбрызгивание металла, осуществляют физико-химическую обработку металла сварочной ванны

при электрошлаковой сварке образуют электропроводный расплав с заданными технологическими свойствами

при газовой сварке очищают поверхность металла

Швы получаются плотными и несклонными к кристаллизационным трещинам. После остывания шва шлаковая корка легко удаляется. Флюсы обеспечивают наименьшее выделение пыли и газов вредных для здоровья сварщика.

При сварке под флюсом состав флюса полностью определяет состав шлака и атмосферу дуги. Взаимодействие жидкого шлака с расплавленным металлом оказывает существенное влияние на химический состав, структуру и свойства наплавленного металла.

Сварка под слоем флюса применяется для соединения средних и больших толщин металла на полуавтоматах и автоматах. Расплавленный флюс защищает зону горения дуги от воздействия атмосферных газов и значительно улучшает качество металла шва.

При сварке под флюсом сварочная проволока и флюс одновременно подаются в зону горения дуги, под воздействием теплоты которой плавятся кромки основного металла, электродная проволока и часть флюса. Вокруг дуги образуется газовый пузырь, заполненный парами металла и материалов флюса, расплавленный флюс всплывает на поверхность сварочной ванны, образуя шлак.

Для дуговой электросварки и электрошлакового переплава применяются гранулированные зернистые флюсы, для газовой сварки - флюсы в виде порошка или пасты.